低功耗超大存储容量的动态心电记录仪的设计

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1、低功耗超大存储容量的动态心电记录仪的设计摘要：介绍了一种由低功耗超大容量Flash闪速存储器28F128J3及低功耗单片机VⅡ(J3C)和0.25μmETOXTMVI(J3A)每单元存储两位的制造技术，使得存储器的质量和可靠性大大提高，存储密度更高。芯片采用高密度对称分块结构，有128个128K字节块。允许用户对任意块进行字节编程和写缓冲器字节编程操作，每字节编程时间为210μs；若采用写缓冲器字节编程方式，32字节编程共需218μs，每字节编程时间仅为6.8μs。芯片的块擦除时间为1s，允许在编程或块擦除操作的同时进行悬挂中断去进行读操作，待读操作完成后，写

2、入悬挂恢复命令，再继续编程或块擦除。芯片的读操作类似于EEPROM，读取速度为25ns。芯片使用2.7V～3.6V的电源电压，最大工作电流为80mA，在休眠模式下电流仅为50μA。同时，其功耗非常小。它的存储容量为128Mb，即16Mbyte，是一种低功耗、高密度、非易失的动态心电数据采集和存储介质，非常适合作为小型动态心电记录仪的数据存储器。本仪器选用四片28F128J3Flash存储芯片，合计存储容量为64Mbyte。按每分钟采样200次心电信号计算，24小时需存储的每导ECG数据容量大约为17Mbyte，三导联ECG数据大约51Mbyte，完全可以满足要求。在软件设计上，

3、采用循环记录的形式，当64Mbyte记录完毕时，擦除一个扇区，再写入新的心电数据。所以该仪器记录的总是最新的24小时的心电数据。1.2低功耗单片机CS-8051全兼容的宽电源电压范围(2.4V～5.5V)的低功耗8位单片机。该芯片内含16Kbyte的FlashEPROM，256byte的RAM，4个8位双向I/O口，4位可位寻址的双向I/O口，3个16位定时器/计数器，硬件看门狗，1个串行口，8个中断源。正常工作电流不大于10mA，将单片机设置为低功耗休眠运行模式，则工作电流仅为1.5mA。而MCS-8051单片机的工作电流最大为40mA，休眠工作模式电流为14mA。而且，CS-80

4、51系列单片机。选择12L458是美国国家半导体公司于1999年推出的低功耗、宽电压范围(3V～5V)的13位(12位+符号位)自治式A/D转换器。该A/D转换器的价格仅为普通12位A/D转换器的两倍，但综合性能大大高于普通12位A/D转换器。13位A/D转换器转换时间为7.7μs，最大功耗为15m12L458是一个全自治式A/D转换器，其内部包含一个指令RAM和一个事件序列发生器，以及一个32字的FIFO数据缓冲器，具有自校正功能。它通过16位或8位总线与微处理器接口，有中断请求与DMA请求功能。芯片复位后或接收到一个CPU命令时，可以自动完成在线自校正，自校正参数存入自身的

5、校正数据RAM中。A/D转换器转换的数据先存放在FIFO缓冲器中，最多可存放4组8路数据。当CPU接到中断或DMA请求时，可以直接读FIFO数据缓冲器，或通过DMA控制器将数据一次传入CPU的内存，这样可大大节省CPU的A/D转换控制开销。2小型动态心电记录仪设计构架从图1可以看出，记录仪的设计分为模拟心电信号的检测、放大与滤波、数字心电信号的存储与处理等部分。即通过导联输入心电信号，经放大与滤波、A/D转换后得到数字化的心电信号，送入单片机系统，由软件完成QRS波检测、处理以及存储，最后通过人机接口电路将心电波形显示在LCD屏幕上，或通过RS232接口送出检测的波形数据到微机中，供

6、医生分析诊断。现分别加以介绍。2.1模拟心电信号的检测放大与滤波将Ag-AgCI电极贴在病人左臂、右臂和大腿上，从体表获得的心电信号经高精度、低功耗CMOS运放LMC6035构成的前置放大器放大后，构成标准的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联输入ECG信号由模拟多路开关CD4052进行切换；选中的那一路ECG信号由低功耗仪器放大器AD620放大，经5阶全极点无直流误差的低通滤波器MAX280滤除高频干扰，再经一个用LMF90芯片设计的50Hz陷波器进一步抑制电源干扰后，加到全自治式A/D转换器M12L458上进行A/D转换，从而得到数字化的心电信号。2.2数字心电信号的存储与处理本文设计的心电记录仪的最

7、大特点是超大存储容量，存储器由四片闪速存储芯片28F128J3组成，每片存储容量为16M字节，4片容量总共为64M字节存储空间。若以200Hz采样频率计算，每导ECG24小时存储大约17M字节数据，三导联ECG数据大约为51M字节。为了高保真地记录心电数据，医生一般不希望进行数据压缩，故不采用任何数据压缩方法，直接记录原始心电数据。2.2.1大容量闪存28F128J3与单片机字节空间，需要24根地址线，但8位单片机字节，4片28F128J3的片选信号Y0～